切削加工表面机械性能研究

刘杰

摘 要 一般来说，切削加工表面的机械性能会对产品质量产生直接的影响，并影响到工作性能。因此，就需要对不同加工阶段的切削加工表面机械性能进行研究，让其在生产条件下维持在稳定状态，以确保产品生产质量。

关键词 切削加工 表面机械性能 研究

中图分类号：TG506 文献标识码：A

0前言

金属在切削加工时，由于工件表面在刀具作用下，会发生相应的机械性能改变。所以，为了让切削加工零件维持在最佳的工作状态，就需要对其机械性能予以深入分析。

1表面机械性能研究

（1）表面层硬度。在切削加工中，上表面层由于需要承受较大的塑性变形，因此，容易出现硬化，并致使表面层的硬度增加。而在这种环境下，表层也会存在内应力，使得表面层出现裂纹、撕裂等现象。且金属显微硬度会随着表面深度的增加而不断降低，其变形层的显微硬度变化通常表现在两方面，一方面为表面显微硬度相比较原有的组织硬度提升了30%-50%，并随着距表面深度的加深，其硬度也缓慢降低；另一方面则是表面显微硬度相比较原有组织提升了2-3倍，并在离开表面起始段后硬度快速降低，且从某一深度开始，下降极逐渐趋于平缓，最后过渡为金属原有硬度。硬化层的强化、深度跟切削条件有密切的关联。在切屑时，通常会存在硬化及消硬化的相互作用。其中，硬化主要由切削力作用形成，跟切削压力呈正比；而消硬化主要是由于切削区温升，使得再结晶现象的发生。一般，切削速度、刀具钝化程度、刀具几何形状等，均会对硬化深度及强度造成影响。

（2）显微硬度。零件表面层的显微硬度，主要是由塑性变形时的加工硬化、切削热等产生的综合结果。而在切削过程中，因表面层的金属要经反复摩擦以及塑性变形，所以表面层晶粒会产生不同程度的错位与变形、破碎等现象，并使得表面层的加工硬化增加。加之，由于切削热的作用，使得零件表面层金相组织容易出现改变，并出现机械性能的改变，且在塑性变形的条件下，导致加工硬化与切削热的金相组织受到影响，最终使得零件表面层硬度及强度增加，并大大降低了其塑性与韧度，易伴有残余应力、表面裂纹等，在降低抗疲劳强度的同时，增加了表面的粗糙，使得产品质量容易受到影响。而在实际加工中，为了避免此类现象的发生，需要通过退火操作，利用热能来进一步消除表面硬化程度，恢复其变形能力。当然，为了更好的提升加工质量，要对影响零件表面层显微硬度的各类因素予以深入分析。其中，在刀具后刀面的磨损量及、刃口圆角逐渐增加时，其硬化层的硬度、深度也会逐渐增加。所以，在生产过程中，要增加刀具的锋利程度，并适当增加前角，以降低硬化的发生。此外，切削速度与切削进给量等同样会对表面层硬度产生直接影响。尤其是在较快的切削速度下，由于工件跟刀具间的接触时间较短，所以塑性变形会有所下降。而在这个过程中，其温度会增加，致使表面层出现再结晶，并促使表面层硬化的恢复，使其切削层硬度与深入随之降低。当然，工件材料也会对其硬化等产生影响。若是工件材料有良好的塑性，则切削加工塑性变形程度也会随之增加，并致使表面层硬化程度的增加。另外，适当使用切削液，也会起到润滑、冷却的作用，使得变形、摩擦降低，并减轻表面硬化。

（3）加工硬化。一般来说，切削参数及冷却润滑条件，会对刀具工件表面产生一定的影响，进而对加工表面的硬化程度造成影响。而在高速车削状况下，使用的切削参数越大，则表面显微硬度值也就越高。在这种条件下，若是提升切削速度、切削深度，能够在一定程度是上降低加工硬化层的深度；若是增大进给量，会致使加工硬化层的深度增加。通过有限元仿真实验，可发现在车削加工的AlSl 316L表面残余应变中，其应变结果会通过应变-硬度曲线，来证实轴向切削深度的增加，会使得表面残余应变也随之增加。同时，随着切削速度的不断增大，被加工材料显微硬度也会逐渐增加，尤其在高速铣削时，若是应变率较大，则会致使加工硬化程度加深，并使得显微硬度值增加。所以，不同的加工材料及加工形式，其切削参数、冷却润滑条件也会对加工硬化产生不同的影响。

2结束语

当前对于切削加工表面机械性能的研究，通常采用有限元法、实验法、解析法进行。通常来说，切削加工表面显微硬度、残余应力等，均为零件表面机械性能的主要构成部分，其中，残余压应力可以有效抑制零件的表面裂纹扩展，让零件表面耐疲劳性得到有效提升，而残余拉应力则会加速表面裂纹扩展，使得零件出现疲劳破坏。尤其在应力集中、腐蚀性介质出现时，残余拉应力更是会对零件的疲劳强度造成较大的影响。而残余应力增加还会导致薄壁件出现变形现象，进而影响到零件的使用性能，并影响其尺寸精度，使得表面韧性、塑性大大降低。特別是存在过度加工硬化时，零件表面更是会出现不同程度的微裂纹，进而对其耐腐蚀性、耐疲劳性造成影响，并加速刀具的磨损。所以，为了提升产品的加工质量，就需要对切削加工表面的机械性能进行深入研究。

参考文献

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